[发明专利]一种基于WebGL的PLC组态虚拟仿真实验系统

说明书

本发明公开了一种基于WebGL的PLC组态虚拟仿真实验系统。包括虚拟仿真模型库构建、三维工业场景构建和虚拟模仿真运行模块；虚拟仿真模型库构建用于管理三维模型，并将模型碰撞与运动方式链接供场景构建和仿真运行使用。三维工业场景构建用于快速构建三维工业场景并进行仿真模拟配置。虚拟仿真运行则通过虚拟仿真场景与硬件设备PLC互连来实现模拟控制。本发明可跨平台提供三维虚拟工业场景下的PLC程序运行检视功能，可有效解决实验场地限制、设备昂贵和实验场景适用性等问题，从而极大地提高工业控制领域人才的培养质量。

技术领域

本发明涉及工业自动化虚拟仿真领域，具体涉及一种基于WebGL的PLC组态虚拟仿真实验系统。

背景技术

在工业自动化领域，工业虚拟仿真技术已经成为在实际工业生产中降低自动化运行风险的重要手段。通过对工业场景中运行的各模型进行数据仿真，有助于准确得定位工业自动化过程中的问题场景，从而降低了使用真实设备进行试验的资金成本消耗。通过有效的虚拟仿真校验来验证运行数据的准确性，不仅能够降低仿真实验过程中的试验成本而且能够有效提高工业自动化应用的鲁棒性。

目前传统场景下基于组态软件的仿真技术已比较成熟，可通过软件包内的二维平面设计工具，实现工业流程中的硬件、数据、图形图像等组态仿真工作，其通用、可靠的组态开发方式，完善的数据采集功能，为工业控制人员的使用提供了便利。但基于二维设计的组态模式对仿真过程的表现力不是很强，存在一定局限性。为了解决这个问题，许多基于三维的虚拟仿真系统被设计出来，此类三维虚拟仿真实验平台虽能达到较好的仿真效果，但基于C/S的系统结构，使其在跨平台使用、安装配置及升级维护上较为复杂，在版本的更新维护和迭代过程中，需要重新安装配置，这也使得此类系统在多端的使用性上表现较差。而现有B/S虚拟仿真系统的设计大多为单一案例场景，定制性较强。在PLC工业虚拟仿真实验的多样性方面表现较差，缺乏一定的通用性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于WebGL的PLC组态虚拟仿真实验系统，结合跨平台三维仿真技术与组态软件的优势，设计了一种兼具三维表现力与通用性的PLC虚拟仿真实验平台。

本发明具体技术方案如下：

一种基于WebGL的PLC组态虚拟仿真实验系统，包括虚拟仿真模型库构建模块、三维工业场景构建模块和虚拟模仿真运行模块；

虚拟仿真模型库构建模块用于管理三维模型，并将模型碰撞与运动方式连接，供三维场景构建模块与虚拟仿真运行模块使用。三维工业场景构建模块用于快速构建三维工业仿真场景并进行基本仿真模拟准备配置。虚拟仿真运行模块通过虚拟仿真场景模块与硬件设备PLC互连来实现模拟控制，并通过虚拟漫游模块进行仿真观测。

所述虚拟仿真模型库构建模块包括三维模型设计模块、模型运动库构建模块、碰撞检测模块和自定模型添加模块；三维模型设计模块用于输出工业场景下的拟真三维模型，并将模型对象抽象出来以便管理；模型运动库构建模块用于构建模型的运动机制库，通过分析模型的运动行为来构建模型运动方程，抽象出运动模式便于模型的挂载；碰撞检测模块用于根据模型在场景中的状态来反馈模型的碰撞状态，以便系统对模型碰撞后的数据反馈进行计算处理；自定义模型添加模块用于将自定义的模型以符合模型库的标准的方式加入到现有模型库中，保证在模型工具库中可以使用用户自定义的拓展模型。

所述三维工业场景构建模块包括基础环境设计模块、模型组装模块和PLC通讯配置模块；基础环境设计模块用于构建拟真的三维工厂仿真实验环境；模型组装模块用于将拟真三维模型或用户自定义的拓展模型按照需要的场景进行组装，根据模型包围盒的自由面来计算贴合坐标，进而实现模型组件间的适应性对齐；PLC通讯配置模块用于配制场景与PLC硬件间的连接参数，以及根据模型运动机制库中的模型运动模式完成场景内模型运动属性与硬件单元的数据映射，保证PLC控制程序数据传输的正确性。